CN102903659B - 一种半导体处理设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半导体处理设备的使用方法，该使用方法的步骤包括：将晶圆和晶圆盖贴合，在所述晶圆和晶圆盖之间形成第一空腔；将所述晶圆和晶圆盖竖直嵌入至处理容器腔内底部的第一沟槽内；利用配重从上方对所述晶圆和晶圆盖进行夹持；对所述晶圆进行处理。相应地，本发明还提供了一种晶圆盖、处理容器、配重、以及由上述晶圆盖、处理容器和配重所组成的半导体处理设备。本发明可以有效地防止在处理过程中晶圆和晶圆盖的分离，且可以大大减小晶圆与晶圆盖以及与处理容器之间的接触面积，以及适用于不同厚度的晶圆，具有一定的灵活性。

Description

一种半导体处理设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体处理设备及其使用方法。

背景技术

在半导体制造中，经常需要对晶圆进行单面的处理，例如对晶圆进行单面的扩散、离子注入、蒸镀、溅射、沉积或退火等操作。用以执行上述操作的半导体处理设备通常包括处理容器500以及晶圆盖600，请参考图9，图9为现有技术中半导体处理设备在使用过程中的剖面示意图。其中，在所述处理容器腔内501的底部通常存在矩形的沟槽503，该沟槽503用于固定晶圆700、并使所述晶圆700保持竖直状态。所述晶圆盖600通常为一片晶圆，将所述晶圆盖600和待处理的晶圆700贴合在一起后，竖直地插入到处理容器腔内501底部的沟槽503内，晶圆盖600对与晶圆700贴合的一面起到遮挡的作用，以避免面受到污染，并且更进一步起到了对晶圆700进行支撑、确保其在处理过程中保持竖直状态的作用。

但是，上述常用的半导体处理设备在使用中存在如下一些不足之处：

1)由于只是将晶圆和晶圆盖的一端插入到处理容器的沟槽中进行固定，而另外一端没有采取任何固定的措施，所以，在处理过程中，处理容器腔内的气体会经由所述晶圆和晶圆盖之间的缝隙，将所述晶圆和晶圆盖分离开，从而造成晶圆无需处理的表面受到污染；

2)由于晶圆的表面与晶圆盖的整个表面是完全接触的，所以二者之间的摩擦，会对晶圆的表面造成较大面积的划伤；此外，当对晶圆进行高温处理的时候(例如退火)，晶圆和晶圆盖相接触的表面容易发生粘连；

3)处理容器的沟槽的宽度通常与晶圆盖和晶圆的厚度之和相同或者相近，进而才能有效地保持晶圆在处理过程中的竖直状态，所以，在将晶圆盖和晶圆插入到处理容器的沟槽中的过程中，晶圆和沟槽的内壁同样也会发生摩擦，从而划伤晶圆的表面；

4)由于处理容器的沟槽的尺寸通常是固定，无法灵活地满足对不同厚度的晶圆进行处理的需求；

5)由于处理容器的沟槽会与晶圆需要处理的一面部分贴合，导致该晶圆需要暴露出来的一面被部分地遮挡，降低了处理的效果和减少了晶圆的有效利用面积。

因此，希望可以提出一种可以解决上述不足之处的半导体处理设备及其使用方法。

发明内容

本发明的目的是提供了一种半导体处理设备、用于该半导体处理设备的晶圆盖、处理容器和配重及该半导体处理设备的使用方法，可以有效地防止在处理过程中晶圆和晶圆盖的分离，且可以大大减小晶圆与晶圆盖以及与处理容器之间的接触面积，以及适用于不同厚度的晶圆，具有一定的灵活性。

根据本发明的一个方面，提供了一种晶圆盖，该晶圆盖包括底面、以及与该底面相连接且环绕该底面的侧壁，该侧壁和底面之间的空间形成凹槽。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种处理容器，在所述处理容器腔内的底部具有一个或者多个第一沟槽，该一个或者多个第一沟槽均具两个侧壁，在所述两个侧壁中，至少有一个侧壁呈倾斜状态。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种配重，该配重具有至少一个第二沟槽，该第二沟槽具两个侧壁，在所述两个侧壁中，至少有一个侧壁呈倾斜状态。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种半导体处理设备，该半导体处理设备包括了上述晶圆盖、处理容器以及配重。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种半导体处理设备的使用方法，该方法包括以下步骤：

a)将晶圆和晶圆盖贴合，在所述晶圆和晶圆盖之间形成第一空腔；

b)将所述晶圆和晶圆盖竖直嵌入至处理容器腔内底部的第一沟槽内；

c)利用配重从上方对所述晶圆和晶圆盖进行夹持；

d)对所述晶圆进行处理。

在与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)配重从上端对晶圆和晶圆盖进行固定，使得晶圆和晶圆盖可以紧密地贴合在一起，从而有效地防止在对该晶圆进行处理(例如扩散、离子注入、蒸镀、溅射、沉积、退火)的过程中出现晶圆和晶圆盖分离的情形；

2)由于晶圆盖中心部分为凹槽，所以晶圆盖与晶圆相接触的区域仅限于晶圆盖的边缘部分，从而有效地减小了晶圆与晶圆盖之间的接触面积，如此一来，不但减小了晶圆上由于摩擦所产生划伤的区域，还可以防止晶圆与晶圆盖在高温状态下(例如退火)发生粘连；

3)处理容器中的第一沟槽、以及配重中的第二沟槽的侧壁均具有一定的倾斜度，所以，当对晶圆进行固定的时候，第一沟槽和第二沟槽的侧壁仅仅与晶圆直角边缘相接触，而与晶圆的表面之间存在较大的缝隙，从而有效地避免了第一沟槽和第二沟槽的侧壁与晶圆表面相互摩擦所造成的划伤，并且不会对晶圆表面需要处理的表面造成严重的遮挡；

4)处理容器中的第一沟槽、以及配重中的第二沟槽的侧壁均具有一定的倾斜度，可适用于固定厚度不同的晶圆，具有较大的灵活性；

5)晶圆盖可以保持晶圆在处理容器中处于竖直状态，有助于精确控制处理效果和充分利用处理容器的有限空间。

除了上述优点之外，本发明还可以实现其他优点和效果，这将在下文的描述中详细说明。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1(a)、图1(b)以及图1(c)分别为根据本发明一个优选实施例的晶圆盖的立体示意图、俯视示意图以及沿剖线AA’的剖面示意图；

图2(a)、图2(b)以及图2(c)分别为根据本发明另一个优选实施例的晶圆盖的立体示意图、俯视示意图以及沿剖线AA’的剖面示意图；

图3为根据本发明又一个优选实施例的晶圆盖的剖面示意图；

图4为根据本发明又一个优选实施例的晶圆盖的剖面示意图；

图5(a)为根据本发明一个优选实施例的处理容器的剖面示意图；

图5(b)为根据本发明另一个优选实施例的处理容器的剖面示意图；

图5(c)为根据本发明又一个优选实施例的处理容器的剖面示意图；

图5(d)为根据本发明又一个优选实施例的处理容器的剖面示意图；

图6(a)和图6(b)分别为根据本发明一个优选实施例的配重的立体示意图以及剖面示意图；

图6(c)为根据本发明另一个优选实施例的配重的剖面示意图；

图6(d)为根据本发明又一个优选实施例的配重的剖面示意图；

图7(a)为根据本发明一个优选实施例的半导体处理设备的剖面示意图；

图7(b)为根据本发明另一个优选实施例的半导体处理设备在使用过程中的剖面示意图；

图7(c)为根据本发明又一个优选实施例的半导体处理设备在使用过程中的剖面示意图；

图7(d)为根据本发明又一个优选实施例的半导体处理设备在使用过程中的剖面示意图；

图7(e)为根据本发明又一个优选实施例的半导体处理设备在使用过程中的剖面示意图；

图7(f)为根据本发明又一个优选实施例的半导体处理设备在使用过程中的剖面示意图；

图7(g)为图7(f)中虚线所示内容放大后的示意图；

图8为根据本发明一个优选实施例的半导体处理设备的使用方法流程示意图；以及

图9为现有技术中半导体处理设备在使用过程中的剖面示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

根据本发明的一个方面，提供了一种晶圆盖，在单面处理(例如扩散、离子注入、蒸镀、溅射、沉积、退火)过程中，该晶圆与晶圆的一面相贴合，暴露晶圆的另外一面进行处理，此外，所述晶圆盖对晶圆还起到了支撑作用，使得该晶圆在整个处理过程中不会倾斜，从而一直保持竖直的状态。由于本发明提供的晶圆盖具有几种优选结构，所以，下面将分别对每一种所述优选结构进行说明。

实施例一：

请参考图1(a)至图1(c)，其中，图1(a)、图1(b)以及图1(c)分别为根据本发明一个优选实施例的晶圆盖的立体示意图、俯视示意图以及沿剖线AA’的剖面示意图。

如图所示，所述晶圆盖100包括底面、以及与该底面相连接且环绕该底面的侧壁，该侧壁和底面之间的空间形成凹槽101。其中，所述晶圆盖100的形状(即底面的形状)优选为圆形，与晶圆的形状相同，从而在将所述晶圆盖100和晶圆贴合在一起后，可以完全覆盖晶圆的一个表面，仅仅暴露另外一个表面，便于对暴露的表面进行单面处理。此外，形成圆形的晶圆盖工艺简单，只需要用光刻胶覆盖晶圆边缘部分，通过直接刻蚀晶圆、在该晶圆的中心区域形成凹槽即可形成。所述晶圆盖100直径的范围为100mm-450mm，例如100mm、150mm、200mm、300mm或者450mm，所述晶圆盖100厚度(如图1(c)中H₁所示)范围为0.1mm-5mm，例如0.1mm、1mm、2mm、3mm、4mm或者5mm。位于所述晶圆盖100中心区域的凹槽101优选为圆形，其中，该凹槽101的直径小于所述晶圆盖100的直径，其深度(如图1(c)中H₂所示)在5μm至(H₁-200μm)之间。在其他实施例中，根据晶圆上需要覆盖区域的形状，所述晶圆盖100以及凹槽101还可以为其他形状，例如正方形等，在此不再一一列举。

所述晶圆盖100的材料包括为硅、锗以及化合物半导体的一种或其组合，包括但不限于氧化硅、单晶Si、单晶Ge、单晶SiGe，还可以是多晶Si、多晶Ge、多晶SiGe、非晶Si、非晶Ge、非晶SiGe、III-V或II-VI族化合物半导体或其组合或其组合，其中，所述晶圆盖100的材料可以与待处理的晶圆的材料相同，也可以与待处理的晶圆的材料不同。在其他实施例中，所述晶圆盖100的材料包括金属但不限于不锈钢、铜及表面镀有氧化硅、氮化硅的不锈钢和铜等。

在使用上述晶圆盖的时候，将晶圆盖具有凹槽的一面与待处理的晶圆相贴合，即，所述晶圆盖侧壁的上表面与晶圆贴合，从而在所述晶圆盖和晶圆之间形成第一空腔(可参考图7(a)至图7(c)中晶圆盖100与晶圆400的位置关系)。如此一来，所述晶圆盖与晶圆之间的接触面积变小，即仅限于所述晶圆盖侧壁上表面的面积，从而有效地减小了晶圆和所述晶圆盖之间到的摩擦面积，进而不但减小了晶圆上由于摩擦所产生划伤的区域，还可以有效地防止晶圆与晶圆盖在高温状态下(例如退火)发生粘连。

实施例二：

在参考实施例一中相同部分的描述的基础上，请参考图2(a)至图2(c)，其中，图2(a)、图2(b)以及图2(c)分别为根据本发明另一个优选实施例的晶圆盖的立体示意图、俯视示意图以及沿剖线AA’的剖面示意图。与上述实施例一中所示的晶圆盖不同的地方在于，如图所示，在本实施例中，所述晶圆盖100的侧壁与底面形成两个凹槽，该两个凹槽分别位于该底面的两侧，如图所示，该两个凹槽分别为凹槽102和凹槽103。所述凹槽102的深度(如图2(c)中H₃所示)和凹槽103的深度(如图2(c)中H₄所示)优选为相同，该深度范围在5μm至(H₁-200)/2μm之间。

本实施例中的晶圆盖由于具有两个凹槽，所以，所述晶圆盖的两个面都可以与待处理的晶圆相贴合(可参考图7(d)至图7(f)中晶圆盖100与晶圆400的位置关系)，与实施例一中的晶圆盖相比，本实施例中的晶圆盖可以同时支撑两片晶圆，其利用率更高。

实施例三：

在参考实施例一中相同部分的描述的基础上，请参考图3，图3为根据本发明又一个优选实施例的晶圆盖的剖面示意图。与上述实施例一所示的晶圆盖的区别在于，如图3中虚线圈出的位置所示，在本实施例中，所述晶圆盖100中环绕凹槽101的侧壁的上表面(即与晶圆相接触的区域)为粗糙结构(例如绒面结构等)。如果所述晶圆盖100与晶圆相接触的区域是光滑的，而待处理的晶圆表面通常也是光滑的，那么在处理的过程中，由于高温的作用(例如高温退火)，所述晶圆盖100与所述晶圆相接触的区域容易发生粘连，从而给处理后分离所述晶圆盖100与所述晶圆带来一定的困难。而上述采用粗糙结构，会使所述晶圆盖100与所述晶圆之间接触面积进一步减小，进一步有效地防止高温下两者的粘连。在晶圆盖100侧壁的上表面形成粗糙结构的方法可以在刻蚀形成凹槽101之后除去覆盖晶圆盖100边缘的光刻胶，再对原来被光刻胶覆盖的晶圆盖100侧壁的上表面进行第二次刻蚀，形成粗糙表面。但是粗糙的接触面有可能会在晶圆盖100侧壁与晶圆之间产生缝隙，如果在处理过程中，外部气体通过所述缝隙进入晶圆盖的凹槽与晶圆的表面形成第一空腔，则有可能污染被晶圆盖覆盖的一侧晶圆。下面实施例四的方案有助于解决防止污染的问题。

实施例四：

在参考实施例一中相同部分的描述的基础上，请参考图4，图4为根据本发明又一个优选实施例的晶圆盖的剖面示意图。与上述实施例一所示的晶圆盖的区别在于，如图4所示，在本实施例中，在所述晶圆盖100中环绕凹槽101的侧壁上，设置有贯穿该侧壁的孔104。在进行单面处理时，希望仅对晶圆暴露的一面进行处理，当晶圆盖与晶圆贴合在一起之后，晶圆盖的凹槽与晶圆的表面形成第一空腔，在处理的过程中，可以通过孔向该第一空腔内输入气体，在该第一空腔内形成正压，以此防止处理容器中的其他气体进入该第一空腔内对晶圆无需处理的一面造成污染。所谓正压是指，在晶圆盖的凹槽与晶圆的表面形成第一空腔内的气压大于所述第一空腔外部的气压。这样第一空腔的气体可以通过晶圆盖与晶圆的接触面的缝隙向第一空腔外部排放，而所述第一空腔外部的气体不会进入到所述第一空腔。

需要说明的是，在同一个晶圆盖之中，根据实际需要可以包括上述实施例一至实施例四中所提供的一种晶圆盖或者其任意组合，在此不再一一赘述。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种处理容器，在单面处理(例如扩散、离子注入、蒸镀、溅射、沉积、退火)过程中，晶圆被放置于该处理容器中进行处理。由于本发明提供的处理容器也具有几种优选结构，所以，下面将分别对每一种所述优选结构进行说明。

实施例五：

请参考图5(a)，图5(a)为根据本发明一个优选实施例的处理容器的剖面示意图。如图所示，所述处理容器腔内201的底部设置有用于固定晶圆以及晶圆盖的第一沟槽202，该第一沟槽202具有两个侧壁，其中，在两个侧壁中，至少有一个侧壁呈倾斜状态。请注意该侧壁不一定是平面的，也可以是曲面的。倾斜的侧壁具有以下两个好处：

第一、当晶圆和晶圆盖插入至所述第一沟槽202中时，所述晶圆与所述第一沟槽202呈倾斜状态的侧壁的接触为线接触，与传统的矩形沟槽相比，本发明可以有效地减小第一沟槽202的侧壁与晶圆之间的接触面积，从而减小甚至消除了沟槽侧壁对晶圆表面的划伤。可以根据实际需要设计所述第一沟槽202的深度以及其侧壁的倾斜程度，使晶圆和晶圆盖插入到所述第一沟槽202中之后，保持稳定的竖直状态而不会倾倒。

第二、传统的矩形沟槽只适用于厚度一定的晶圆，灵活性比较差。在本发明中，所述第一沟槽202可以适用于固定多种厚度不同的晶圆。当将晶圆盖和不同厚度的晶圆插入至所述第一沟槽202中的时候，只需根据晶圆厚度的不同，将所述晶圆卡在所述第一沟槽202内不同深度的位置，进而可以灵活地实现固定不同厚度的晶圆。

在本实施例中，所述第一沟槽202的截面(与沟槽延伸方向垂直的截面)为倒置梯形，即开口外大内小。由于所述第一沟槽202的两个侧壁都具有一定的倾斜性，所以，所述第一沟槽202可以用于同时固定两片晶圆。请参考图7(a)至图7(f)，其中，图7(a)至图7(c)为固定一片晶圆的情况，图7(d)至图7(f)为固定两片晶圆的情况(图7(a)至图7(f)中编号400代表晶圆，编号100代表晶圆盖)。在其他实施例中，所述第一沟槽202的截面还可以是其他形状，例如倒置三角形等，在此不再一一列举。

其中，所述第一沟槽202的数量可以是一个，也可以是多个，用于同时对多个晶圆进行单面处理。所述处理容器200的材料优选为具有耐高温特性的石英材料。

实施例六：

在参考实施例五中相同部分的描述的基础上，请参考图5(b)，图5(b)为根据本发明另一个优选实施例的处理容器的剖面示意图。与上述实施例一所示的处理容器的区别在于，如图所示，在本实施例中，在所述处理容器腔内201的顶部设置有梳状排列的隔板203，用于进一步防止晶圆倾斜。所述隔板203位置设定和位于其下方的第一沟槽202有关，通常情况下，每个第一沟槽202的上方会设置有两个隔板203，该两个隔板203之间的距离略大于所述第一沟槽202开口的宽度。在单面处理过程中，晶圆位于两个隔板203之间，当晶圆向左或者向右倾斜的时候，所述隔板203可以有效地阻止晶圆继续倾斜，从而保证所述晶圆在处理过程中基本保持竖直的状态。

所述隔板203的材料可以与所述处理容器200的材料相同，也可以为其他不同的耐高温材料。

实施例七：

在参考实施例五中相同部分的描述的基础上，请参考图5(c)，图5(c)为根据本发明另一个优选实施例的处理容器的剖面示意图。与上述实施例五所示的处理容器的区别在于，如图所示，在本实施例中，所述第一沟槽202具有一个底部，在每个第一沟槽202的底部进一步设置有一个第一矩形沟槽204，该第一矩形沟槽204开口的宽度与晶圆盖的厚度一致，该第一矩形沟槽204的深度小于晶圆盖侧壁的厚度。当将晶圆盖和晶圆插入至第一沟槽202的时候，可以将所述晶圆盖对准所述第一矩形沟槽204，并将其插入至所述第一矩形沟槽204内部(请结合图7(e)，其中，编号100为晶圆盖，编号400为晶圆)。如此一来，所述晶圆盖可以通过所述第一矩形沟槽204从下端进行固定，不会发生倾斜，进而有效地保证了与其贴合的晶圆一直可以保持竖直的状态。在本实施例中可以省略实施例六中所述的隔板203，也可以保持晶圆在处理过程中保持竖直。

实施例八：

在参考实施例五中相同部分的描述的基础上，请参考图5(d)，图5(d)为根据本发明另一个优选实施例的处理容器的剖面示意图。与上述实施例五所示的处理容器的区别在于，如图5(d)所示，在本实施例中，在每个第一沟槽202的底部设置有进气孔205。当晶圆盖的侧壁具有孔的时候(请结合图7(f)和图7(g)，编号100为晶圆盖，编号104为孔，编号400为晶圆)，可以从处理容器外部经由所述进气孔205以及晶圆盖侧壁上的孔，向晶圆和晶圆盖之间所形成的第一空腔内输入气体，在该第一空腔内形成正压，即，所述第一空腔内的气压大于第一空腔外处理容器中的气压，以此防止处理容器中的其他气体进入该第一空腔内对晶圆无需进行处理的一面造成污染，从而实现仅对晶圆暴露的一面进行单面处理。

需要说明的是，在同一个处理容器之中，根据实际需要可以包括上述实施例五至实施例八中所提供的一种处理容器或者其任意组合，在此不再一一赘述。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种配重，该配重具有至少一个第二沟槽。与前述处理容器腔内底部的第一沟槽相似，所述配重的第二沟槽也具有两个侧壁，其中，在两个侧壁中，至少有一个侧壁呈倾斜状态。请注意该侧壁不一定是平面的，也可以是曲面的。下面，请参考图6(a)和图6(b)，图6(a)和图6(b)分别为根据本发明一个优选实施例的配重的立体示意图以及截面示意图。如图所示，所述配重300中设置有一个第二沟槽301，该第二沟槽301的截面(与沟槽延伸方向垂直的截面)为倒置的梯形，即开口外大内小。由于所述第二沟槽301的两个侧壁都具有一定的倾斜度，在夹持晶圆的时候，与晶圆的接触为线接触，所以，所述第二沟槽301可以用于同时夹持两片晶圆。请参考图7(a)、7(c)至图7(f)，其中，图7(a)和7(c)为夹持晶圆盖以及一片晶圆的情况，图7(d)至图7(f)为夹持晶圆盖以及两片晶圆的情况(图7(a)至图7(f)中编号400代表晶圆，编号100代表晶圆盖)。在其他实施例中，所述第二沟槽301的截面还可以是其他形状，例如倒置三角形等，在此不再一一列举。其中，可以根据实际需要设计所述第二沟槽301的深度以及其侧壁的倾斜程度，使晶圆400和晶圆盖100卡在所述第二沟槽301中之后，保持贴合的状态。

所述配重300的材料为具有耐高温特性的石英材料，其在高温环境中(例如高温退火中)不会融化，也不会发生变形，从而不会对晶圆造成污染或者损害。

在其他实施例中，所述第二沟槽301的个数还可以是多个，可以用于对多组进行单面处理的晶圆400和晶圆盖100同时进行固定，请结合图7(b)参考图6(c)。在这种情况下，多组晶圆400和晶圆盖100通过一个配重进行固定，其间相互制约，所以，晶圆400和晶圆盖100之间不但不会分离，同时也不会发生其中一组晶圆400和晶圆盖100倾斜的情况。其中，多个所述第二沟槽301的位置设定和位于其下方的处理容器腔内201底部的第一沟槽202的位置有关，即，所述配重的第二沟槽301与所述处理容器腔内201底部的第一沟槽202相对应，从而可以保持多组晶圆400和晶圆盖100嵌入至所述配重300的第二沟槽301以及所述处理容器腔内201底部的第一沟槽202后，可以保持竖直的状态。

优选地，请结合图7(e)参考图6(d)，当所述配重300的第二沟槽301具有底部的时候(例如第二沟槽301的截面为倒置的梯形)，所述第二沟槽301的底部还可以进一步设置有一个第二矩形沟槽302，该第二矩形沟槽302开口的宽度与晶圆盖100的厚度一致。将晶圆盖100插入至所述第二矩形沟槽302内，与所述配重300进行固定，如此一来，所述配重300即可稳固地放置在晶圆400和晶圆盖100的上方，不会掉落，进而保证了夹持的效果。第二矩形沟槽302的深度可以设得足够大，以便于根据晶片厚度在重力下上下自由调节。

在将晶圆和晶圆盖插入至处理容器腔内底部的第一沟槽后，将所述配重的第二沟槽开口向下，放置在晶圆和晶圆盖的上方，使得二者恰好卡在所述配重的第二沟槽内，从而有效地起到了从晶圆和晶圆盖的上方对其二者进行固定的作用，可以防止所述晶圆盖和晶圆在其自身重力、以及处理容器中气体的作用下二者产生分离，进而有效地防止晶圆与所述晶圆盖相接触的一面在处理过程中受到污染。再者，由于所述配重的第二沟槽与晶圆的接触为线接触，所以配重不会对晶圆表面造成划伤。另外，所述配重中的第二沟槽至少有一个侧壁是倾斜的，所以厚度不同的晶圆可以卡在不同的位置，从而可以灵活地实现夹持多种厚度不同的晶圆。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种半导体处理设备，该半导体处理设备包括晶圆盖、处理容器以及配重，其中，所述晶圆盖、处理容器以及配重的结构可以参考前文中相关部分的描述。与传统的半导体处理设备相比，本发明所提供的半导体处理设备具有以下优点：

第一、配重从上端对晶圆和晶圆盖进行固定，使得晶圆和晶圆盖可以紧密地贴合在一起，从而有效地防止在单面处理(例如单面扩散、离子注入、蒸镀、溅射、沉积、退火等)过程中出现晶圆和晶圆盖分离的情形；

第二、由于晶圆盖中心部分为凹槽，所以晶圆盖与晶圆相接触的区域仅限于晶圆盖的边缘部分，从而有效地减小了晶圆与晶圆盖之间的接触面积，进而不但减小了晶圆上由于摩擦所产生划伤的区域，还可以防止晶圆与晶圆盖在高温状态下(例如退火)发生粘连；

第三、处理容器中的第一沟槽、以及配重中的第二沟槽的侧壁均具有一定的倾斜度，所以，当对晶圆进行固定的时候，第一沟槽和第二沟槽的侧壁仅仅与晶圆的边缘相接触，而与晶圆的表面之间存在较大的缝隙，从而有效地避免了第一沟槽和第二沟槽的侧壁与晶圆表面相互摩擦所造成的划伤；

第四、处理容器中的第一沟槽、以及配重中的第二沟槽的侧壁均具有一定的倾斜度，可适用于固定厚度不同的晶圆，具有一定的灵活性。

第五、晶圆盖可以保持晶圆在处理容器中处于竖直状态，有助于精确控制处理效果和充分利用处理容器的有限空间。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种半导体处理设备的使用方法，请参考图8，图8为根据本发明一个优选实施例的半导体处理设备的使用方法流程示意图。下面，将结合图7(a)至图7(g)对图8中所示的使用方法进行说明。

在步骤S101中，将晶圆400和晶圆盖100贴合，在所述晶圆400和晶圆盖100之间形成第一空腔。具体地，将所述晶圆盖100具有凹槽的一面与晶圆400的一面相贴合，暴露所述晶圆400的另外一面进行处理。其中，所述晶圆盖100侧壁的上表面与晶圆400的表面相接触，而在所述晶圆盖100上的凹槽和晶圆400的表面形成封闭的第一空腔。

在步骤S102中，将所述晶圆400和晶圆盖100竖直嵌入至处理容器腔内201底部的第一沟槽202内。具体地，将贴合后的所述晶圆400和晶圆盖100竖直地插入到处理容器腔内201底部的第一沟槽202内，所述第一沟槽202具有一个底面和两个侧壁，其中，在两个侧壁中，至少有一个侧壁呈倾斜状态，例如，所述第一沟槽202的截面(与沟槽延伸方向垂直的截面)可以为倒置的梯形、倒置的三角形或者倒置的直角梯形等。当将晶圆400和晶圆盖100一起插入至所述第一沟槽202的一定深度后，所述晶圆400和晶圆盖100与所述第一沟槽202的侧壁相接触，并通过其间的接触点，支撑所述晶圆400和晶圆盖100，使其保持竖直的状态。当所述处理容器200中第一沟槽202的底部设置有专门用于固定晶圆盖100的第一矩形沟槽204的时候，可以将晶圆盖100插入至该第一矩形沟槽204中进行固定。

在步骤S103中，利用配重300从上方对所述晶圆400和晶圆盖100进行夹持。具体地，将所述配重300的第二沟槽301开口向下，放置在所述晶圆400和晶圆盖100的上方，使得二者恰好卡在所述配重300的第二沟槽301内。其中，所述配重300的第二沟槽301与处理容器腔内底部的第一沟槽202相似，所述配重300的第二沟槽301也具有两个侧壁，在该两个侧壁中，至少有一个侧壁呈倾斜状态，例如，所述第二沟槽301的截面(与沟槽延伸方向垂直的截面)可以为倒置的梯形、倒置的三角形或者倒置的直角梯形等。当所述配重300中第二沟槽301的底部设置有专门用于固定晶圆盖100的第二矩形沟槽302的时候，可以将晶圆盖100插入至该第二矩形沟槽302中进行固定。

在步骤S104中，对所述晶圆400进行处理。具体地，当晶圆400和晶圆盖100通过处理容器腔内201底部的第一沟槽202、以及配重300中的第二沟槽301固定好之后，在所述晶圆400竖直的状态下，对所述晶圆400暴露的表面进行单面处理，其中，所述处理包括扩散、离子注入、蒸镀、溅射、沉积、退火中的任何一种或多种的组合。

可选地，请参考图7(f)和图7(g)，对于具有进气孔205的处理容器200以及侧壁上具有孔104的晶圆盖100，在单面处理的过程中，可以将所述晶圆盖侧壁上的孔104与所述处理容器200的底部的进气孔205相连通，通过所述处理容器200底部的进气孔205以及所述晶圆盖上的孔104，向所述第一空腔内部输入气体，在所述第一空腔内形成正压，即，所述第一空腔内的气压大于第一空腔外处理容器中的气压，以此防止处理容器200中的其他气体进入该第一空腔内对晶圆400无需进行处理的一面造成污染。

执行上述使用方法后，在单面处理过程中，晶圆从两端分别通过处理容器腔内底部的第一沟槽、以及配重中的第二沟槽与晶圆盖进行固定，使得晶圆和晶圆盖可以紧密地贴合在一起，从而有效地防止在单面处理过程中出现晶圆和晶圆盖分离的情形；此外，由于晶圆盖中心部分为凹槽，所以晶圆盖与晶圆相接触的区域仅限于晶圆盖的边缘部分，如此一来，大大减小了晶圆与晶圆盖贴合时二者之间的接触面积，从而不但减小了晶圆上由于摩擦所产生划伤的区域，还可以防止晶圆与晶圆盖在高温状态下(例如退火)发生粘连；再者，处理容器中的第一沟槽、以及配重中的第二沟槽的侧壁均具有一定的倾斜度，所以，当对晶圆进行固定的时候，即，将晶圆插入处理容器中的第一沟槽或者使用配重夹持晶圆的过程中，第一沟槽和第二沟槽的侧壁仅仅与晶圆的边缘相接触，而与晶圆的表面之间存在一定的缝隙，从而有效地避免了第一沟槽和第二沟槽的侧壁与晶圆表面相互摩擦所造成的划伤；最后，处理容器中的第一沟槽、以及配重中的第二沟槽的具有倾斜度的侧壁，可适用于固定厚度不同的晶圆，具有一定的灵活性。

其中，对半导体器件各实施例中各部分的结构组成、材料及形成方法等均可与前述半导体器件形成方法实施例中描述的相同，不再赘述。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (20)

1.一种半导体处理设备，该半导体处理设备包括：

晶圆盖(100)，所述晶圆盖(100)包括底面、以及与该底面相连接且环绕该底面的侧壁，该侧壁和底面之间的空间形成凹槽；

处理容器(200)，其中在所述处理容器腔内(201)的底部具有一个或者多个第一沟槽(202)，该一个或者多个第一沟槽(202)均具两个侧壁，在所述两个侧壁中，至少有一个侧壁呈倾斜状态；

配重(300)，该配重用于夹持晶圆和晶圆盖，其中：

所述配重(300)具有至少一个第二沟槽(301)，该第二沟槽(301)具两个侧壁，在所述两个侧壁中，至少有一个侧壁呈倾斜状态。

2.根据权利要求1所述的半导体处理设备，其中：

所述晶圆盖(100)的侧壁与底面形成两个凹槽，该两个凹槽分别位于该底面的两侧。

3.根据权利要求1或2所述的半导体处理设备，其中，所述凹槽的形状为圆形。

4.根据权利要求1或2所述的半导体处理设备，其中，所述晶圆盖(100)直径的范围为100mm-450mm。

5.根据权利要求1或2所述的半导体处理设备，其中，所述晶圆盖(100)的厚度范围为0.1mm-5mm。

6.根据权利要求1或2所述的半导体处理设备，其中：

所述晶圆盖(100)的材料包括氧化硅、单晶Si、单晶Ge、单晶SiGe、多晶Si、多晶Ge、多晶SiGe、非晶Si、非晶Ge、非晶SiGe、III-V或II-VI族化合物半导体或其组合；或者

所述晶圆盖(100)的材料包括不锈钢、铜、以及表面镀有氧化硅、氮化硅的不锈钢和铜中的一种或其任意组合。

7.根据权利要求1或2所述的半导体处理设备，其中，所述侧壁的上表面为粗糙结构。

8.根据权利要求1或2所述的半导体处理设备，其中，在所述侧壁上存在贯通该侧壁、且与所述凹槽相连通的通孔(104)。

9.根据权利要求1所述半导体处理设备，其中所述处理容器与所述第一沟槽(202)延伸方向相垂直的截面为倒置的梯形或三角形。

10.根据权利要求1所述半导体处理设备，其中所述处理容器在所述处理容器腔内(201)的顶部设置有一个或者多个隔板(203)。

11.根据权利要求1所述半导体处理设备，其中所述处理容器在每个所述第一沟槽(202)具有一个底部，并且在所述沟槽的底部设置有一个第一矩形沟槽(204)。

12.根据权利要求11所述半导体处理设备，其中所述处理容器中所述第一矩形沟槽(204)的宽度与晶圆盖(100)的厚度一致。

13.根据权利要求11所述半导体处理设备，其中所述处理容器中：

所述第一沟槽(202)或所述第一矩形沟槽(204)具有一个底部；

所述处理容器(200)的底部设置有进气孔(205)，该进气孔(205)与所述第一沟槽(202)或所述第一矩形沟槽(204)的底部相连通。

14.根据权利要求13所述半导体处理设备，其中所述处理容器放置有所述的晶圆盖，所述晶圆盖侧壁上的通孔(104)与所述处理容器(200)的底部的进气孔(205)相连通。

15.根据权利要求1所述半导体处理设备，其中所述配重(300)中，与所述第二沟槽(301)延伸方向相垂直的截面为倒置的梯形或三角形。

16.根据权利要求1或15所述半导体处理设备，其中所述配重(300)中，在每个所述第二沟槽(301)具有一个底部，并且在所述第二沟槽(301)的底部设置有一个第二矩形沟槽(302)。

17.根据权利要求11或15所述半导体处理设备，其中所述配重(300)的材料为石英。

18.一种权利要求1所述的半导体处理设备的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

a)将晶圆(400)和晶圆盖(100)贴合，在所述晶圆(400)和晶圆盖(100)之间形成第一空腔；

b)将所述晶圆(400)和晶圆盖(100)嵌入至处理容器腔内(201)底部的第一沟槽(202)内；

c)利用配重(300)从上方对所述晶圆(400)和晶圆盖(100)进行夹持；

d)对所述晶圆(400)进行处理。

19.根据权利要求18所述的使用方法，还包括：

所述晶圆盖侧壁上具有通孔(104)；

所述处理容器(200)的底部具有进气孔(205)；

所述晶圆盖侧壁上的通孔(104)与所述处理容器(200)的底部的进气孔(205)相连通；

通过所述处理容器(200)底部的进气孔(205)以及所述晶圆盖(100)侧壁上的通孔(104)，向所述第一空腔内部输入气体，使得在所述第一空腔内的气压大于第一空腔外处理容器中的气压。

20.根据权利要求18所述的使用方法，其中：

所述处理包括扩散、离子注入、蒸镀、溅射、沉积、退火中的任何一种或多种的组合。